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LXW80輪式旋挖鉆機(jī),課題來源： 哈爾濱工程機(jī)械廠 指導(dǎo)教師：趙偉民教授 答辯人：程德考,旋挖鉆機(jī)鉆孔灌注樁鉆進(jìn)速度快、成孔深度深、質(zhì)量好、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用于高層建筑、鐵路公路橋梁、水利工程和城市交通建設(shè)等樁基礎(chǔ)工程的施工。 輪式旋挖鉆機(jī)在城市改造、市政項(xiàng)目中顯示了其快速靈敏的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),概述,旋挖鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì),,1.成孔效率高； 2.環(huán)保特點(diǎn)突出 ； 3.靈活方便 ； 4.效益高 。,前景 隨著鐵路線等重點(diǎn)工程不斷上馬，旋挖鉆機(jī)的市場(chǎng)需求量在節(jié)節(jié)攀升以及城市改造，這對(duì)于國(guó)內(nèi)旋挖鉆機(jī)生產(chǎn)企業(yè)來說，預(yù)示著非常好的市場(chǎng)前景，昭示著旋挖鉆進(jìn)技術(shù)在我國(guó)的巨大發(fā)展前景。 針對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)實(shí)國(guó)情,開發(fā)研制小型化、功能少、價(jià)格適宜的特種作業(yè)型機(jī)型,滿足不同地域樁基特別時(shí)城區(qū)需求。為輪式旋挖鉆機(jī)的提供廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。,總體設(shè)計(jì)方案,發(fā)動(dòng)機(jī)功率 133kw2300rpm 額定扭矩 80kNm 最大成孔直徑 600-1200mm 最大成孔深度 35m 主卷?yè)P(yáng)最大拉力 120kN（60m/min） 主卷?yè)P(yáng)最大速度 76m/min 副卷?yè)P(yáng)最大拉力 60kN 副卷?yè)P(yáng)速度 70m/min 動(dòng)力頭最大轉(zhuǎn)速 25rpm 加壓油缸推拉力 100/100kN 行駛速度 0-70km/h 爬坡能力 24 側(cè)前后角 5/5/7/90 整機(jī)重量 25t（帶鉆桿）,旋挖鉆機(jī)總體圖,,,運(yùn)輸狀態(tài),工作狀態(tài),底盤的選擇設(shè)計(jì),底盤可分為專用底盤、履帶液壓底盤、履帶起重機(jī)底盤、輪式起重機(jī)底盤、步履式底盤、汽車底盤等組成，汽車載式旋挖鉆機(jī)提高機(jī)動(dòng)性，主要在城區(qū)或要求快速施工的場(chǎng)合使用但有的也有運(yùn)輸方面的限制，履帶式功率大、污染小、效率高、整機(jī)穩(wěn)定性和適應(yīng)性較好等優(yōu)點(diǎn)。但其設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，制造成本高等缺點(diǎn)。 對(duì)比以上幾種底盤選擇自行設(shè)計(jì)更適合城區(qū)作業(yè)的專用輪式底盤。,輪式旋挖鉆機(jī)底盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),,外形尺寸（長(zhǎng)寬高） 589524961370,軸距 1330、2000,接近角/離去角 18/20,最小離地間隙 500,最大允許質(zhì)量 30000,輪胎規(guī)格 11.00R20/10,底盤支腿尺寸 55355700,回轉(zhuǎn)支承型號(hào) JB/T2300-1999 014.45.1250,底盤計(jì)算,本底盤 參照國(guó)內(nèi)外輪式起重機(jī)形式設(shè)計(jì)，但考慮到本機(jī)實(shí)際情況采用三橋的形式，以使上車重量合理分配到各個(gè)橋采用全液壓驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在上車，將四個(gè)馬達(dá)安裝在前橋與后橋，采用H型支腿。,輪式底盤,旋挖鉆機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的確定,,目前旋挖鉆機(jī)的鉆挖支撐系統(tǒng)主要有三種形式，一種為平行四邊形小三角結(jié)構(gòu)。第二種為大三角結(jié)構(gòu)。第三種雖然也是大三角支承結(jié)構(gòu)，輔助起架油缸，整機(jī)也能放倒折疊，具有以上兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。 結(jié)合各種機(jī)構(gòu)的利弊，結(jié)合設(shè)計(jì)要求選擇第一種其特點(diǎn)變幅范圍大，可整機(jī)放倒、折疊，降低運(yùn)輸高度和長(zhǎng)度 以適合其在城區(qū)運(yùn)輸。,。,旋挖鉆機(jī)桅桿的確定,桅桿屬于細(xì)長(zhǎng)空間桿件，根據(jù)不同需要，其結(jié)構(gòu)形式主要可以分為3類：整體式桅桿、分段式桅桿和伸縮式桅桿?？紤]各種形式的性價(jià)比及設(shè)計(jì)需要，選擇分段式桅桿。以利于在運(yùn)輸時(shí)減少運(yùn)輸長(zhǎng)度。,變幅機(jī)構(gòu)的選擇設(shè)計(jì),采用平行四邊形加三角形結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)桅桿的工作幅度和運(yùn)輸狀態(tài)桅桿的高度。使其運(yùn)輸高度低于3.5米，使其適合城市狹窄場(chǎng)地的施工。變幅角度范圍在075.8，本機(jī)定在有利角度75。,桅桿截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),凹箱形截面受扭應(yīng)力云圖 凹箱形截面受扭位移云圖,圓形箱形截面受扭應(yīng)力云圖 圓形箱形截面受扭位移云圖,通過對(duì)各種形式截面的抗彎和抗扭能力的分析比較，可以得出以下結(jié)論:大圓角箱形桅桿截面，具有矩形和圓形截面的混合特征，其抗扭剛度較大，抗彎能力強(qiáng)，具有良好的剛性和穩(wěn)定性，重量輕，外形美觀，但造價(jià)較高，不利布置加壓油缸;直角箱形立柱截面，抗壓彎能力較強(qiáng)，具有較好的剛性和穩(wěn)定性，但在截面角接處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，其抗扭剛度較小，不利布置加壓油缸;凹箱形立柱截面，其抗扭剛度小，抗壓彎能力差，自重大，對(duì)布置加壓油缸有利;圓形立柱截面的慣性半徑最大，承載能力大，抗扭剛度也大，但抗壓彎能力差，對(duì)加壓油缸的布置不利。 考慮到本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況選用大圓角箱形桅桿截面。,鉆桿,六邊形鉆桿,該鉆桿是根據(jù)以往典型圓柱型鉆桿改進(jìn)的新型六邊形摩阻式鉆桿該鉆桿有著獨(dú)特的六邊形可以在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)充當(dāng)花鍵的作用省掉了以往圓柱型鉆桿在內(nèi)部焊花鍵，只需要在兩端焊接加強(qiáng)板就可以。采用摩阻式鉆桿不但可用于軟地層，也可用于較硬地層施工。摩阻式鉆桿制成4節(jié)，13節(jié)桿每節(jié)鋼管長(zhǎng)10米。鉆孔深度可達(dá)35米左右。,各種鉆桿的受力分析,六邊形是六點(diǎn)受力，而圓柱形為3點(diǎn)受力，四邊形為四點(diǎn)受力，理論上為六變形的好。 通過分析可證明六邊形鉆桿受力情況比以往的圓柱形與四邊形受力情況好。,,,主副卷?yè)P(yáng)機(jī),卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)主要由液壓馬達(dá)、內(nèi)藏式卷?yè)P(yáng)減速器、卷?yè)P(yáng)筒、鋼絲繩、壓繩器、排繩器等組成。卷?yè)P(yáng)減速器內(nèi)部自帶片式摩擦片液壓制動(dòng)器，主要功能是停車制動(dòng)。。,卷筒的設(shè)計(jì),(l)卷筒直徑,,(7)卷筒的長(zhǎng)度與繩偏折角 卷筒長(zhǎng)度主要是由容繩量大小來決定，容繩量為60米，卷繞2.5層，為正確地卷繞鋼絲繩，要求偏折角維持在允許的極限之內(nèi)，如圖3-1所示。 繩的偏折角不應(yīng)小于，以防止鋼絲繩在端部擋盤處堆積并確保它安全地進(jìn)入下一層。 繩的偏折角不應(yīng)大于，以防止鋼絲繩從繩槽中脫出，且當(dāng)卷繞幾層時(shí)，確,偏折角計(jì)算,動(dòng)力頭的設(shè)計(jì),動(dòng)力頭的結(jié)構(gòu)組成,根據(jù)設(shè)定的參數(shù)要求最大轉(zhuǎn)速為25rpm以及最大輸出扭矩為10000N/m選擇德國(guó)力士樂公司液壓減速機(jī)GFB26T2，其最大輸出扭矩為12000N/m，馬達(dá)選用力士樂公司A2FE56。動(dòng)力頭選用兩個(gè)馬達(dá)和兩個(gè)減速器。,動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)計(jì)算,滑輪架的設(shè)計(jì)分析,起吊附屬物工況,起鉆工況,,,,,,,,提鉆工況分析,鉆桅在水平方向主要是風(fēng)載，計(jì)算時(shí)取風(fēng)壓P=250Pa，方向按最不利風(fēng)向的工況考慮，鉆桅上節(jié)受自身重力，計(jì)算重力時(shí)取g=10m/s2。將滑輪架傳給鉆桅上節(jié)的反作用力加載到鉆桅上節(jié)頂面上。將鉆桅上節(jié)的銷軸孔和連接用螺栓孔定義為鉸接約束。滑輪架上兩個(gè)鉸接處的反作用力大小如圖4-6所示。,,,圖4-6滑輪架前鉸接孔處反作用力 滑輪架后鉸接孔處反作用力,上桅桿的受力分析,,計(jì)算時(shí)取風(fēng)壓P=250Pa，方向按最不利風(fēng)向的工況考慮，鉆桅上節(jié)受自身重力，計(jì)算重力時(shí)取g=10m/s2。將滑輪架傳給鉆桅上節(jié)的反作用力加載到鉆桅上節(jié)頂面上。將鉆桅上節(jié)的銷軸孔和連接用螺栓孔定義為鉸接約束,,下桅桿受力分析,,下桅桿在提鉆時(shí)，只是受本身的重力與風(fēng)力的作用，風(fēng)力與上桅桿采用同一個(gè)數(shù)值，由于材料選用Q345，計(jì)算重力時(shí)取g=10m/s2利用SolidWorks軟件加載其重力，將風(fēng)載加在最危險(xiǎn)受力面上,中桅桿受力分析,,,將上桅桿與下桅桿由受力分析所測(cè)得的反作用力加載在中桅桿相應(yīng)的鉸點(diǎn)與螺栓位置，另外鉆桅中節(jié)還受自身重力，取g=10m/s2。將鉆桅上節(jié)傳給鉆桅中節(jié)的反作用力加載到鉆桅中節(jié)頂面上。將鉆桅下節(jié)傳給鉆桅中節(jié)的反作用力加載到鉆桅中節(jié)底面上。將P=300Pa的風(fēng)壓加載到最危險(xiǎn)的表面上。將100kN的加壓油缸拉力反作用力加載到鉆桅中節(jié)的加壓油缸軸承座處。將鉆桅中節(jié)的銷軸孔和用螺栓孔連接定義為鉸接約束，將鉆桅中節(jié)與轉(zhuǎn)板接觸的表面定義為固定約束。 中桅桿的材料為Q345，利用軟件進(jìn)行有限元分析。分析步驟：將上桅桿與下桅桿上各銷軸與螺栓連接處的反作用力加載在中桅桿相應(yīng)的連接處， ，利用軟件進(jìn)行實(shí)體網(wǎng)格 ，變形比例取真實(shí)比例。中桅桿由下部到頂部應(yīng)力變化曲線。 由分析可知鉆桅在提鉆工況時(shí)最大應(yīng)力均小于Q345的許用應(yīng)力，故桅桿的設(shè)計(jì)滿足要求。,整機(jī)穩(wěn)定性分析,,最大幅度關(guān)系,卸土工況,,,整機(jī)穩(wěn)定度分析,穩(wěn)定度是通過最不利傾覆線的垂直平面和通過整機(jī)重心與同一傾翻線的平面之間的夾角。夾角越大，穩(wěn)定度越高。而本工程車輛的穩(wěn)定度超過18時(shí)就能達(dá)到所需穩(wěn)定度 。,縱向工作工況穩(wěn)定度圖,橫向工作工況穩(wěn)定度圖,,在轉(zhuǎn)場(chǎng)行駛工況下，利用SolidWorks軟件測(cè)出此工況下整車的重心位置，取驅(qū)動(dòng)橋后橋中心線為最不利傾覆線作圖，得到整車的穩(wěn)定度為36.83,轉(zhuǎn)場(chǎng)工況,運(yùn)輸工況,液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先根據(jù)分析計(jì)算選出液壓缸，與相關(guān)液壓馬達(dá)。 根據(jù)工作情況，確定系統(tǒng)壓力為25MPa。并設(shè)計(jì)處相應(yīng)供油與回油流路。,額定輸出扭矩為80kNm，大小齒輪的齒數(shù)比為82:19，故每個(gè)減速機(jī)的輸出扭矩為(8019)/(822)=9.23(kNm)。 根據(jù)減速機(jī)選型公式： T2K=T2K （6-1） 式中：T2輸出扭矩，T2=9.23 kNm T2K已修正的輸出扭矩 K系數(shù)根據(jù)工作級(jí)別和載荷級(jí)別，取工作級(jí)別為M5，載荷級(jí)別為重，查表FEM得K=1.1。 將各值代入式5-1中，得T2K=10.15 kNm12000 Nm，故扭矩滿足要求，選型合理。 卷?yè)P(yáng)機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)：由前面第3章卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)主卷?yè)P(yáng)最大拉力120kN，所選擇的馬達(dá)為A2FE63重量115 kg。主卷?yè)P(yáng)驅(qū)動(dòng)元件選力士樂卷?yè)P(yáng)減速機(jī)CFT 50 W3-A6VE 80/63W-VAL，馬達(dá)排量80cm3，壓差30MPa，傳動(dòng)比84.2，輸出扭矩32134 Nm，最大單繩拉力128536N，馬達(dá)重量34kg。 加壓油缸的選型設(shè)計(jì)：考慮在鉆進(jìn)過程中的不同阻力，確定加壓油缸的推拉力為100kN。結(jié)合卡鍵式鉆桿的卡鍵布置情況和鉆斗斗深，確定加壓油缸行程為2000mm。根據(jù)力士樂樣本，選用力士樂CDL1MT4/100/56/2000型液壓缸。 16MPa下，力士樂CDL1MT4/100/56型油缸的承載力： F100=161063.14(10010-3)2/4=125600(N)100kN 所以，加壓油缸選型合理。 桅桿油缸的選型：,動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)馬達(dá)選用德國(guó)力士樂公司A2FE56型號(hào)，液壓減速機(jī)選用德國(guó)力士樂公司GFB26T2型好，其最大輸出扭矩為12000N/m，傳動(dòng)比為46.42，動(dòng)力頭選用兩個(gè)馬達(dá)和兩個(gè)減速器。,下車行走供油回路： 在運(yùn)輸行駛時(shí)用三個(gè)泵同時(shí)給四個(gè)行走馬達(dá)供油，以解決行走時(shí)需油流量大的問題。輔泵采用離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)連接。下車的行走馬達(dá)采用四個(gè)雙向變量馬達(dá)，由四個(gè)三位四通U型換向閥，來實(shí)現(xiàn)車體的前進(jìn)后退與轉(zhuǎn)彎等各種工作情況。 動(dòng)力頭供油回路： 由于執(zhí)行元件多需要的流量大，因此供油路采用兩個(gè)泵供油，動(dòng)力頭傳遞扭矩大，采用雙定量馬達(dá)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)。兩減速機(jī)的小齒輪和同一大齒輪嚙合，故屬于機(jī)械同步。采用一液控三位四通U型換向閥來實(shí)現(xiàn)兩馬達(dá)的串聯(lián)與并聯(lián)的切換，來適應(yīng)各個(gè)工況。利用兩馬達(dá)并聯(lián)工作時(shí)來滿足小載高速反轉(zhuǎn)提鉆甩土的工況要求。利用兩馬達(dá)串聯(lián)工作，來滿足大載低速鉆進(jìn)的工況要求。 主副卷?yè)P(yáng)機(jī)供油回路： 主副卷?yè)P(yáng)機(jī)供油回路也采用兩個(gè)主泵供油，主卷?yè)P(yáng)馬達(dá)采用變量馬達(dá)，可根據(jù)外載的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的高低，具有一定的適應(yīng)能力。由于制動(dòng)油缸的作用，常態(tài)下主卷?yè)P(yáng)馬達(dá)處于制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)主油路來油時(shí)，高壓油通過卸荷閥推開兩位三通液控?fù)Q向閥，制動(dòng)油缸縮回，主卷?yè)P(yáng)開始工作。卸荷閥的應(yīng)用還可以實(shí)現(xiàn)主卷?yè)P(yáng)馬達(dá)的鎖死，防止發(fā)生危險(xiǎn)。雙向平衡閥的應(yīng)用，可以避免進(jìn)入馬達(dá)的壓力高于馬達(dá)的峰值壓力損壞馬達(dá)。副卷?yè)P(yáng)馬達(dá)與主卷?yè)P(yáng)馬達(dá)的執(zhí)行油路近似，只是由于提升力小、安全級(jí)別底，采用了一個(gè)平衡閥。 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)供油回路： 回轉(zhuǎn)馬達(dá)也屬于執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用雙泵供油，由于輪式旋挖鉆機(jī)的上車回轉(zhuǎn)與鉆進(jìn)具有獨(dú)立性，對(duì)回轉(zhuǎn)馬達(dá)鎖死級(jí)別要求較高，故采用單獨(dú)控制的兩位三通手動(dòng)換向閥來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)與解鎖的切換。采用卸荷閥避免進(jìn)入馬達(dá)的壓力高于馬達(dá)的峰值壓力損壞馬達(dá)。,歡迎老師批評(píng)指正,謝謝,